¿Cuál sería el mejor diseño para una pierna humanoide versátil, pero al mismo tiempo bastante buena en todas las funciones (pierna universal)?

depende de lo que quieras que haga la pierna

Usted está pidiendo un par de piernas rápidas y eficientes energéticamente que permitan a un ser humano correr y caminar con la máxima eficiencia energética. Mi respuesta a eso es mirar dentro de las piernas de las aves corredoras, particularmente las avestruces.

Verá, la clave de por qué los avestruces tienen patas energéticamente eficientes radica no solo en la estructura esquelética en sí, sino también en la estructura muscular: la mayoría absoluta de los músculos de las patas del avestruz están ubicados cerca de la parte superior de sus patas, cerca del cuerpo, mientras que la mayoría absoluta del movimiento en las regiones inferiores depende de los tendones que se extienden desde estos músculos . Para una mejor comparación, aquí está lo diferente que es nuestra posición muscular de la de ellos:

Esta asociación de tendones elásticos les permite perder la mínima energía cinética mientras se mueven, especialmente mientras corren, mientras que la posición de los músculos asegura que las extremidades de la pierna sean lo más ligeras posible y, por lo tanto, requieran menos energía para moverse. Combine eso con sus 2 dedos característicos, que brindan la tracción necesaria sin exagerar (sinceramente, no podía entender exactamente por qué exactamente 2 dedos es lo mejor, solo que aparentemente lo es) y obtuvo lo más parecido a una pierna perfecta para Máxima eficiencia. El resto del trabajo sería asegurar que estas piernas tengan el espacio que necesitan para anclar todos estos músculos. Es posible que desee cambiar la forma de la cadera de sus humanoides.

SIN EMBARGO, la pata de avestruz tiene otra gran diferencia, y ahí es donde me quejo del diseño de sus patas: las avestruces son los corredores bípedos más rápidos y con mayor eficiencia energética en el reino animal, que yo sepa, pero saben lo que no pueden hacer. hacer incluso si sus vidas dependieran de ello? Sube por tu querida vida. Además de minimizar la masa muscular en la región de la parte inferior de la pierna y maximizar el uso de tendones flexibles en estas extremidades para mantener la pérdida de energía cinética al mínimo, hay otra adaptación clave en criaturas cursoriales como caballos y avestruces: minimizar el movimiento articular lateral a través de una asociación de ligamentos Aquí hay una cita del enlace que publiqué:

Un amplio rango de movimiento articular permite a los humanos trepar árboles o bailar ballet, pero esta flexibilidad tiene un costo. Cuando corremos, la fuerza muscular se utiliza para la propulsión, pero también para evitar el movimiento lateral de las articulaciones, lo que aumenta nuestras necesidades de energía en una distancia determinada. Sospeché que los avestruces tenían un enfoque más eficiente.

Animales que no necesitan y la mayor parte del tiempo no pueden escalar nada debido a que viven en regiones predominantemente planas donde una de las únicas estrategias reales para sobrevivir es dejar atrás a su depredador. Este entorno permite mejor la selección de criaturas cuya anatomía optimiza el movimiento rápido en 2 dimensiones (sus únicas opciones son línea recta, izquierda y derecha), lo que significa que el movimiento lateral es prácticamente inútil para ellos, ya que los factores que los seleccionan son la velocidad "máxima" y eficiencia energética "máxima" mientras usa esa velocidad (por máxima quiero decir solo lo suficiente para permitirles sobrevivir y reproducirse. La selección natural no es perfeccionista), mientras que las criaturas arbóreas necesitanpara mantener ese movimiento porque a menudo están persiguiendo o evadiendo algo mientras se mueven en forma tridimensional cuando de repente arriba y abajo son opciones viables.

Los humanos provenían naturalmente de un grupo de ancestros más arbóreos, y nuestra historia evolutiva no requería que maximizáramos la eficiencia mientras corríamos por el suelo. Un ritmo de caminata decentemente eficiente nos permitió cazar a nuestra presa y la invención de herramientas y dinámicas de grupo nos permitió defendernos (y eventualmente lanzar "skidalle skinct you're not extinto") de muchas de las criaturas que representaban una amenaza. Es muy probable que esa sea la razón por la que hoy claramente no somos los mejores corredores, pero tampoco hemos perdido por completo la capacidad de trepar a un árbol. Por estas y otras razones, los avestruces son los bípedos que corren más rápido en el planeta, pero son completamente incapaces de sentarse en una silla o trepar a un árbol, su falta de flexibilidad en las piernas básicamente no lo permitirá.

En resumen: depende de lo que quieras exactamente. Si su objetivo es obtener una pierna que sea esencialmente perfecta para una locomoción bípeda rápida y eficiente, pero que también haga que las paredes y las vallas lo suficientemente altas se conviertan en obstáculos absolutos (a menos que tenga la potencia de piernas de un emú y la valla mida 6 pies de altura , entonces probablemente puedas saltar sobre él con suficiente habilidad) usando la anatomía de los avestruces, o al menos la de las ratites es la mejor manera de hacerlo (no aconsejo exactamente a los caballos para nada más que ver las similitudes en su enfoque, ya que evolucionaron para trabajar de forma cuadrúpeda mientras que los avestruces están adaptados para un movimiento exclusivamente bípedo). Si no quieres comprometer esos movimientos, tendrás que conformarte con algo que no es tan bueno como correr pero tampoco lo mejor para escalar.

Además, si tiene problemas para imaginar patas de avestruz en un cuerpo humanoide, tal vez esta visión de cómo se vería un cuerpo humano potencialmente "perfecto" lo ayude:

Enlace de imágen

Y en cuanto a cómo se moverían, probablemente una mezcla de cómo caminan los avestruces y lo que ves en este video.

Editar: si el modelo de avestruz está realmente fuera de discusión debido a su incapacidad casi total para escalar, pero aún desea algo que sea al menos lo suficientemente similar, mi mejor apuesta para una estructura de patas sería algo similar a la de un dakotaraptor y otros dromeosáuridos.

Dakotaraptor era un depredador grande pero ágil que fue descubierto en la formación Hell Crujiente en los Estados Unidos. A pesar de su gran tamaño, las características anatómicas como sus huesos neumáticos y la estructura esquelética indican que, a diferencia del utahraptor de tamaño similar, predominantemente un depredador de emboscada demasiado voluminoso para correr como sus contrapartes más pequeñas, el dakotaraptor todavía estaba bien adaptado para la velocidad, con estimaciones modernas alrededor 50 a 60 km/h (los avestruces modernos tienen un tope de 70), por lo que, desde el primer momento, eran claramente capaces de moverse de manera rápida y eficiente. El hecho de que su estructura esquelética general sea similar en proporciones a sus contrapartes pequeñas, que eran muy capaces de escalar y nadar (además del hecho de que los T-rexes también podían hacerlo)), es seguro asumir que la mayor limitación sería si tenían la fuerza muscular para arrastrarse hacia arriba, pero el problema no está del todo en la estructura esquelética. Agregue a eso que tanto las rapaces más pequeñas como los avestruces modernos mostraron (ed) la capacidad de nadar, esta podría ser su mejor oportunidad para una estructura de patas que sea eficiente para correr y viajar largas distancias sin sacrificar por completo la capacidad de trepar o nadar (suponiendo que sus criaturas no son demasiado pesados ​​para ser capaces de tirar de su propio peso hacia arriba, lo que nuevamente ya no es un problema exclusivo de si son naturalmente incapaces, sino que la ley del cubo cuadrado viene a por ti por crecer demasiado sin las adaptaciones adecuadas para mantener tú mismo luz). Sin embargo, dado que los emúes pueden pesar hasta 37 kg como adultos mientras saltan 7 pies (2.

Sin embargo, sigo manteniendo mi punto: ninguna estructura de piernas será la mejor en todo simultáneamente. Si desea que una criatura sea algo que pueda sobresalir en todo tipo de entorno, su mejor opción sería obtener superpoderes de ciencia ficción y hacerlo capaz de cambiar de forma para que pueda adaptarse a su entorno sobre la marcha.

Un poco de avestruz y caballo

Como mencionaste, los avestruces pueden correr a 50 km/h durante 15 km. Esto se debe en parte a sus pies que tienen solo dos dedos, un diseño minimalista que ofrece un buen equilibrio. Compare esto con los pies humanos que tienen muchos huesos inútiles unidos por cartílago y verá que esto es bastante bueno.

Los caballos de carreras pueden correr a velocidades de 60-70 km/h. Esto es gracias a los tendones de sus piernas que actúan como resortes, almacenando energía cinética cuando se presiona el “pie” y soltándola nuevamente al final del golpe. Aunque este diseño es bastante frágil y propenso a lesiones, es una buena ventaja para las piernas que corren de manera eficiente.

Las piernas ideales para correr de un humanoide serían capaces de hacer la transición entre plantígrados y digitígrados, caminar con las plantas de los pies y correr con los dedos de los pies. Esto ofrece lo mejor de ambos mundos, estabilidad al caminar y velocidad al correr.